太陽能電池的電流一電壓特性

★★★★★【文章導(dǎo)讀】：太陽能電池的電流一電壓特性具體內(nèi)容是：太陽能電池的電路及等效電路如下圖所示。其中，r1為電池的外負(fù)載電阻。當(dāng)rl=o時(shí)，所測的電流為電池的短路電流。所謂短路電流isc，就是將太陽能電池置于標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下，在輸出端短路時(shí)，流過太陽能電池兩端的電流�！�

來源：日期：2013-12-24 21:09:20 人氣：標(biāo)簽：

　　太陽能電池的電路及等效電路如下圖所示。其中，r1為電池的外負(fù)載電阻。當(dāng)rl=o時(shí)，所測的電流為電池的短路電流。所謂短路電流isc，就是將太陽能電池置于標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下，在輸出端短路時(shí)，流過太陽能電池兩端的電流。測量短路電流的方法，是用內(nèi)阻小于1q的電流表接在太陽能電池的兩端。isc值與太陽能電池的面積大小有關(guān)，面積越大，isc值越大。一般來說，l平方厘米硅太陽能電池的isc值約16～30ma。同一塊太陽能電池，其isc與入射光的輻照度成正比；當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，isc值略有上升，一般溫度每升高l℃，isc值約上升78μa。當(dāng)rl→∞時(shí)，所測得的電壓為電池的開路電壓。所謂開路電壓uoc，就是將太陽能電池置于100mw/平方厘米的光源照射下，在兩端開路時(shí)，太陽能電池的輸出電壓值。可用高內(nèi)阻的直流毫伏計(jì)測量電池的開路電壓。太陽能電池的開路電壓，與光譜輻照度有關(guān)，與電池面積的大小無關(guān)。在100mw/平方厘米的光譜輻照度下，硅太陽能電池的開路電壓為450～600mv，高可達(dá)690mv。當(dāng)入射光譜輻照度變化時(shí)，太陽能電池的開路電壓與入射光譜輻照度的對數(shù)成正比。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，太陽能電池的開路電壓值將下降，一般溫度每上升1℃，uoc值約下降2～3mv。id(=極管電流)為通過p-n結(jié)的總擴(kuò)散電流，其方向與isc相反。rs為串聯(lián)電阻，它主要由電池的體電阻、表面電阻、電極導(dǎo)體電阻和電極與硅表面間接觸電阻所組成。rsh為旁漏電阻，它是由硅片的邊緣不清潔或體內(nèi)的缺陷引起的。一個(gè)理想的太陽能電池，串聯(lián)電阻r。很小，而并聯(lián)電阻rsh很大。由于r。和rsh是分別串聯(lián)和并聯(lián)在電路中的，所以在進(jìn)行理想的電路計(jì)算時(shí)，它們可以忽略不計(jì)。此時(shí)，流過負(fù)載的電流il為：

　　理想的p-n結(jié)特性曲線方程為：

　　式中
　　
　　id——太陽能電池在無光照時(shí)的飽和電流，
　　
　　a；q——電子電荷，
　　
　　c；k——玻爾茲曼常數(shù)；
　　
　　t——熱力學(xué)溫度；
　　
　　a——常數(shù)因子（正偏電壓大時(shí)a值為1，正偏電壓小時(shí)a值為2）；
　　
　　e——自然對數(shù)的底。
　　
　　當(dāng)il=0時(shí)，電壓u即為uoc，可用下式表示：

太陽能電池的電路及等效電路

　　根據(jù)以上兩式作圖，可得到太陽能電池的電流一電壓關(guān)系曲線，如下圖所示。這個(gè)曲線，可簡稱為i-u曲線，或伏一安曲線。
　　
　　下圖中，曲線l，是二極管的暗伏一安關(guān)系曲線，即無光照時(shí)太陽能電池的i-u曲線；曲線2，是電池接受光照后的i-u曲線，它可由無光照時(shí)i-u曲線向第四象限位移isc量得到。經(jīng)過坐標(biāo)交換，后可得到常用的光照太陽能電池的電流一電壓特性曲線，如下圖所示。
　　
　　太陽能電池的電流一電壓特性曲線顯示了通過太陽能電池（組件）傳送的電流im與電壓um在特定的太陽輻照度下的關(guān)系。
　　
　　如果太陽能電池（組件）電路短路，即u=o，此時(shí)的電流為短路電流isc；如果電路開路，即i=o，此時(shí)的電壓為開路電壓uoc。太陽能電池（組件）的輸出功率等于流經(jīng)該電池（組件）的電流與電壓的乘積，即p=iu。
　　
　　當(dāng)太陽能電池（組件）的電壓上升時(shí)，例如，通過增加負(fù)載的電阻值或電池（組件）的電壓從0(短路條件下)開始增加時(shí)，電池（組件）的輸出功率亦從0開始增加：當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，功率可達(dá)到大，這時(shí)當(dāng)阻值繼續(xù)增加時(shí)，功率將躍過大點(diǎn)，并逐漸減少至o，即電壓達(dá)到開路電壓uoc。電池（組件）輸出功率達(dá)到大的點(diǎn)，稱為大功率點(diǎn)；該點(diǎn)所對應(yīng)的電壓，稱為大功率點(diǎn)電壓um，又稱為大工作電壓；該點(diǎn)所對應(yīng)的電流，稱為大功率點(diǎn)電流im，又稱為大工作電流；該點(diǎn)的功率，則稱為大功率pm。
　　
　　太陽能電池（組件）的輸出功率取決于太陽輻照度、太陽光譜分布和太陽能電池（組件）的工作溫度，因此太陽能電池（組件）的測量須在標(biāo)準(zhǔn)條件(stc)下進(jìn)行，測量標(biāo)準(zhǔn)被歐洲委員會定義為101號標(biāo)準(zhǔn)，其條件是：光譜輻照度，1000w／平方米；光譜，aml.5；電池溫度，25℃。在該條件下，太陽能電池（組件）所輸出的大功率被稱為峰值功率，在以瓦為計(jì)算單位時(shí)稱為峰瓦，用符號wp表示。